Die Erfindung betrifft einen Stellantrieb, insbesondere einen Ventilbetätiger, mit einem Elektromotor, der zur Betätigung eines Stellelements ausgebildet ist, und mit einer Notenergiever- sorgungseinrichtung, die zur Versorgung einer für eine Notfahrt benötigten Komponente des Stellantriebs bei einem Netzausfall eingerichtet ist.

Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb des Stellantriebs und eine Verwendung der Notenergieversorgungseinrichtung dem einem Stellantrieb.

Derartige Stellantriebe zur Betätigung von Ventilen kennt man in unterschiedlichen Ausführungen, sie kommen verbreitet zum Einsatz haben sich bewährt. Als Antriebsmittel des Stellantriebs findet hierbei häufig ein Elektromotor Verwendung.

Bedingt durch vielerlei Gründe, etwa durch die Umgebungsbedingungen beim Betrieb des Stellantriebs, kann es zu einem Versa- gen der Energieversorgung des den Stellantrieb speisenden Netzes, also einem Netzausfall kommen. Um zu vermeiden, dass beispielsweise ein von dem Stellantrieb zu bewegendes Stellglied nach einem solchen Netzausfall in einer Position verbleibt, in der es eine Gefährdung darstellt oder gar Schäden verursacht, ist an dem Stellantrieb regelmäßig eine Notenergieversorgungseinrichtung vorgesehen, die zur Versorgung einer für eine Not-

BESTÄTIGUNGSKOPIE fahrt benötigten Komponente des Stellantriebs bei einem Netzausfall eingerichtet ist.

Als Notenergieversorgungseinrichtungen kommen hierbei etwa Primärzellen oder wiederaufladbare Akkumulatoren zum Einsatz, die aus Nickelkadmium-Zellen aufgebaut sind. Während die erwähnten Batterien dabei häufig eine unstete Entladecharakteris- tik aufweisen, sind die Akkumulatoren mit Nickelkadmium- (NiCd) - Zellen zum einen giftig, und daher nicht besonders umweltver- träglich, zum anderen haben sie aufgrund ihrer geringen Energiedichte ein beachtliches Gewicht bei nicht zu unterschätzendem Platzbedarf.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Stellantrieb mit einer Notenergieversorgungseinrichtung zur Verfügung zu stellen, bei welchen die erwähnten Nachteile vermieden werden, bei dem insbesondere eine die Lebensdauer der Notenergieversorgungseinrichtung fördernde, gleichmäßige Entladung gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Stellantrieb der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Bei dem 'erfindungsgemäßen Stellantrieb ist demnach die Notenergieversorgungseinrichtung wenigstens mit zumindest einem Nickel -Metallhydrid- (NiMH- ) Akkumulator ausgebildet. Ausgestattet mit einem geringen Innenwiderstand kann der betreffende Akkumulator die in ihm gespeicherte elektrische Energie über einen gewissen Zeitraum mit praktisch unveränderter Spannung abgeben. Dies kann aufgrund des geringen Innenwiderstandes auch unter Last gehalten werden. Aus der Notenergieversorgungs- einrichtung kann dabei eine Komponente des Stellantriebs, also beispielsweise auch die Steuerelektronik, im Fall eines Netzausfalls versorgt werden. Hierbei ist es auch möglich, dass nur die Steuerelektronik versorgt wird, da der Elektromotor nicht betätigt werden muss . Die Steuerelektronik kann auf diese Weise beispielsweise die Stellung des Stellantriebs kontrollieren und rückmeiden.

Bei einer vorteilhaften Ausführung des Stellantriebs kann der Elektromotor aus der Notenergieversorgungseinrichtung über ei ^¬ nen Zwischenkreis gespeist werden, über welchen die im Falle des Netzausfalls für die zeitlich begrenzte Notfahrt benötigte Spannung kurzfristig bereit gestellt werden kann. Dabei ist es von Vorteil, wenn ein Spannungstransformator zur Transformation einer von der Notenergieversorgungseinrichtung bereitgestellten Spannung in eine VersorgungsSpannung für den Elektromotor und/oder für eine Steuereinheit zur Ansteuerung des Elektromo- tors eingerichtet und an die Notenergieversorgungseinrichtung angeschlossen ist und/oder dass eine von der Notenergieversorgungseinrichtung gespeiste ZwischenkreisSpannung weniger als 60 V beträgt. Die Begrenzung der Zwischenkreisspannung auf einen Wert geringer als 60 V führt dazu, dass bei dem Stellantrieb auf einen Schutz gegen Berühren vollständig verzichtet werden kann, da diese Spannungen sowohl für erwachsene Menschen, als auch für Tiere und Kinder als ungefährlich gelten. Die Alternative drückt dabei wiederum aus, dass auch der Fall denkbar ist, dass lediglich die Steuereinheit aus der Versorgungspannung versorgt wird, während der Elektromotor dann auf andere Weise die für den Betrieb erforderliche Energie bezöge.

Zur Anpassung der von der Notenergieversorgungseinrichtung zur Verfügung gestellten Spannung an die von der Steuereinheit und dem Elektromotor benötigte Spannung kann bei einer zweckmäßigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Stellantriebs die oder eine Steuereinheit zur Veränderung eines Transformationsverhältnisses des oder eines Spannungstransformators in Abhängig- keit von der oder einer von der Notenergieversorgungseinrichtung bereitgestellten Spannung eingerichtet sein. Dies kann durch entsprechende Schaltungen realisiert werden. Solche Schaltungen können beispielsweise eine durch die Notenergiever- sorgungseinrichtung bereitgestellte VersorgungSpannung zum Betrieb eines Elektromotors aus einem Zwischenkreis hochtransformieren, während gleichzeitig die Elektronik einer Steuereinheit mit einer heruntertransformierten, niedrigeren Spannung betrieben wird.

Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Ansteue- rung eines Stellantriebs, insbesondere eines Ventilbetätigers , wobei ein Elektromotor des Stellantriebs aus einer Notenergieversorgungseinrichtung versorgt wird. Eine vorteilhafte Vari- ante dieses Verfahrens kann darin bestehen, eine Leistungsaufnahme des Elektromotors zu reduzieren, wenn die Notenergieversorgungseinrichtung überbeansprucht wird, insbesondere wenn eine AusgangsSpannung der Notenergieversorgungseinrichtung einen Schwellenwert unterschreitet. Auch hierdurch ist eine gleichmäßigere Entladung des Speichers der Notenergieversorgungseinrichtung gegeben. Dies resultiert in dem Fall, dass der Stellantrieb etwa einen Ventilbetätiger bildet, in einem verlangsamten Schließvorgang des Ventils, da der Motorstrom des Motors begrenzt wird.

In einer anderen vorteilhaften Variante des Verfahrens zur An- steuerung eines Stellantriebs kann der Elektromotor aus der Notenergieversorgungseinrichtung über einen Spannungsregler, dessen Transformationsverhältnis veränderbar ist, versorgt wer- den. Der Spannungsregler kann dabei beispielsweise auch ein Transformator sein, muss dies aber nicht notwendiger Weise. Die Veränderung des Transformationsverhältnisses kann dabei in Abhängigkeit von einer von an der Notenergieversorgungseinrich- tung, beispielsweise einem Akkumulator, bereitgestellten Spannung eingerichtet sein. Bevorzugt ist dies so eingerichtet, dass die mit dem Transformationsverhältnis oder gegebenenfalls an dem Transformator erzeugte Spannung konstant ist.

Es wird somit eine konstante ZwischenkreisSpannung unabhängig vom Ladezustand der Notenergieversorgungseinrichtung bereitgestellt. Hierbei ist es von Vorteil, wenn bei einer weiteren Ausführung die Notenergieversorgungseinrichtung selbst überwacht wird, da die Überwachung der Zwischenkreisspannung keine Aussage mehr über den Zustand der Notenergieversorgungseinrichtung zulässt.

Für die Strombelastbarkeit der Notenergieversorgungseinrichtung, also deren Fähigkeit, eine stabile Spannung bereitzustel - len, die dann gleichmäßig entladen werden kann, kann ein Betrieb bei einer erhöhten Temperatur förderlich sein, weswegen eine erfindungsgemäße Verwendung einer Notenergieversorgungs- einrichtung an einem Stellantrieb, der zur Durchführung einer Notfahrt bei einem Netzausfall darin bestehen kann, dass diese bei einer Betriebstemperatur von wenigstens von 70 °C betrieben wird und/oder betreibbar ist. Dies kann sowohl bei NiMH-Akkumulatoren, wie auch bei solchen mit Zellen, die Nied verwenden gegeben sein, auch andere Zusammensetzungen von Akkumulatoren sind hier denkbar und den bekannten hinsichtlich der Lebens- dauer und der thermischen Stabilität eingeschränkten Superkon- densatoren überlegen.

Eine weitere vorteilhafte Verwendung einer Notenergieversorgungseinrichtung an einem Stellantrieb, der zur Durchführung einer Notfahrt bei einem Netzausfall eingerichtet ist, kann die Etablierung eines erhöhten Temperaturniveaus beim Betrieb der Notenergieversorgungseinrichtung dadurch fördern, dass die Notenergieversorgungseinrichtung mit wenigstens einer Heizein- richtung zur Manipulation der Temperatur der Notenergieversorgungseinrichtung und/oder deren Umgebungstemperatur versehen ist. Dies bedeutet, dass der mit der Notenergieversorgungseinrichtung versehene Stellantrieb beispielsweise bei Umgebungs- temperaturen betrieben werden kann, die deutlich unter den für den jeweiligen Akkumulator der Notenergieversorgungseinrichtung gültigen Spezifikationen liegt. Eine Heizeinrichtung hat den weiteren Vorteil, dass eine zu geringe Stromabgabe, weil beispielsweise der Innenwiderstand bei niedrigen Temperaturen zu groß ist, vermeidbar ist. Für die Erfindung ergibt sich hierdurch bei einem NiMH-Akkumulator als Notenergieversorgungseinrichtung zum Beispiel ein Einsatzbereich von -40°C bis +125°C.

Um die Heizeinrichtung auf einen optimalen Betriebspunkt steu- ern oder regeln zu können kann bei einer vorteilhaften weiteren Verwendung der Notenergieversorgungseinrichtung ein Erfassungsmittel vorgesehen sein, mittels dessen wenigstens eine Temperatur an der Notenergieversorgungseinrichtung und/oder in deren Umgebung erfassbar ist oder erfasst wird, wobei in einer bevor- zugten Weiterbildung dann die wenigstens eine erfasste Temperatur eine Steuerung oder Regelung des Heizmittels beeinflusst.

Zum Schutz vor die Umgebungstemperatur gegebenenfalls negativ beeinflussenden Faktoren und zur Reduktion der notwendigen Heizleistung kann bei einer vorteilhaften Variante der Verwendung die Notenergieversorgungseinrichtung zumindest bereichsweise in einem temperaturisolierenden Material aufgenommen sein. Hierbei kann die Verwendung von Materialien mit einem Anteil an Glaswolle günstig sein, weiter vorteilhaft ist auch die Verwendung von so genanntem Aerogel, bei welchem es sich um hochporöse Festkörper, beispielsweise Silikate oder Kunststoff, handelt. Einen weiteren Schutz vor Umgebungseinflüssen auf die Notenergieversorgungseinrichtung bietet die Unterbringung in einem Gehäuse in einer weiteren Variante.

Zum Zwecke des Explosionsschutzes ist es vorteilhaft, wenn bei einer weiteren Verwendung die Notenergieversorgungseinrichtung in dem Gehäuse in einem Gießmaterial vergossen ist. Auch durch die Verwendung bestimmter Isolationsmaterialien, die den oben bereits erwähnten Glaswolle-Anteil aufweisen, können zusätzliche explosionsdruckmindernde Effekte erreicht werden.

Zum elektrischen Anschluss der Notenergieversorgungseinrichtung ist diese mit Zuleitungen versehen, welche im Falle des Vergie- ßens des Akkumulators durch die Vergussmasse nach außen geführt werden. Soll ein solcher Akkumulator etwa ausgebaut werden, be- steht das Problem, dass er selbst spannungsführend sein könnte und so durch Kurzschlüsse an seinen Zuleitungen eine Explosion auslösen könnte.

Daher ist es von Vorteil in einer weiteren Verwendung an der Notenergieversorgungseinrichtung eine Schalteinrichtung vorzusehen, welche eine oder mehrere wenigstens eine Wand des Gehäuses durchtretende Zuleitungen der Notenergieversorgungseinrichtung elektrisch verbindet oder trennt. Im Bedarfsfall kann hierdurch die Notenergieversorgungseinrichtung also elektrisch von ihren Zuleitungen getrennt werden, so dass kein Kurzschluss auftreten kann. Bevorzugt kann die betreffende Schalteinrichtung wenigstens ein berührungslos betätigbares Schaltmittel aufweisen. Dies kann etwa besonders güns- tig durch magnetische Wechselwirkung erreicht werden, so dass eine Weiterbildung der Verwendung darin bestehen kann, dass das Schaltmittel durch wenigstens einen Reed-Schalter gebildet ist. Durch diese berührungslose Betätigbarkeit ist es möglich, den Akkumulator von außen, also außerhalb des Gehäuses des Stellantriebs, abzuschalten, ohne hierfür das Gehäuse durchbrechen zu müssen .

Diese Form der Abschaltbarkeit der Zuleitungen des Akkumulators vermeidet mithin, dass ein zusätzlicher Gehäusedurchbruch vorgesehen werden müsste, der dann wiederum explosionsgeschützt auszubilden wäre.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert. In teilweise schematisierter Darstellung zeigen hierbei die Fig.l eine prinzipielle Darstellung der Anordnung eines ersten Ausführungsbeispiels der Notenergieversorgungseinrichtung innerhalb eines erfindungsgemäßen Stellantriebs; eine prinzipielle Darstellung der Anordnung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Notenergieversorgungseinrichtung mit Temperaturerfassungseinrichtung und Heizeinrichtung zusammen mit deren Steuerung; eine geschnittene ebene Seitenansicht einer Not- energieversorgungseinrichtung gemäß der Erfindung mit einer in deren Gehäuse Schalteinrichtung; eine geschnittene ebene Seitenansicht einer Notenergieversorgungseinrichtung gemäß der Erfindung, die gemeinsam mit einer Schalteinrichtung und einem Erfassungsmittel in einem Gehäuse angeordnet sind; und die

Fig.5 eine geschnittene ebene Seitenansicht einer Notenergieversorgungseinrichtung gemäß der Flg.3, bei der ein Erfassungsmittel außerhalb des Gehäuses angeordnet ist.

Die Fig.l ist zunächst ein Stellantrieb 10 mit einem Elektromo ^¬ tor 20, der zur Betätigung eines Stellelements 30 ausgebildet ist, mit dem er über ein Getriebe 40 verbunden ist. Weiter erkennt man in der Fig.l auch eine Notergieversorgungseinrichtung 50, die zur Versorgung von für eine Notfahrt benötigten Komponenten des Stellantriebs 10 bei einem Netzausfall eingerichtet ist .

Die Notenergieversorgungseinrichtung 50 ist hierfür sowohl mit einem Nickel-Metallhydrid-Akkumulator 51 als auch mit einem Generator 52 ausgebildet, die jeweils über einen Gleichrichter 53 mit dem Netzteil 11 des Stellantriebs 10 verbunden sind. Dieses speist wiederum sowohl einen eigenständigen Versorgungseingang 12 des Stellantriebs 10 als auch eine Steuereinheit 13. Das Netzteil 11 bildet dabei einen Spannungstransformator 110 zur Transformation einer von der Notenergieversorgungseinrichtung 50 bereitgestellten Spannung in eine Versorgungsspannung für den Elektromotor 20 und für die Steuereinheit 13 zur Ansteue- rung des Elektromotors 20, sie ist ersichtlich an die Notenergieversorgungseinrichtung 50 angeschlossen.

Das Netzteil 11, der Versorgungseingang 12 sowie die Steuereinheit 13 des Stellantriebs 10 stellen eine Zwischenkreisspannung zur Verfügung, an welche die Notenergieversorgungseinrichtung 50 über die Gleichrichter 53 elektrisch gekoppelt ist und die Notenergieversorgungseinrichtung 50 weniger als 60 V beträgt. Die Steuereinheit 13 ist darüber hinaus zur Veränderung des Transformationsverhältnisses des durch das Netzteil 11 gebildeten Spannungstransformators 110 in Abhängigkeit von einer von der Notenergieversorgungseinrichtung 50 bereitgestellten Spannung eingerichtet.

Zur Verdeutlichung der Trennung von Notenergieversorgungseinrichtung 50 und Stellantrieb 10 ist in der Fig. 10 eine gestri- chelte Linie zu erkennen.

In der Fig.2 erkennt man demgegenüber in einer prinzipiellen Übersicht die Verschaltung des Akkumulators 51 der Notenergieversorgungseinrichtung 50, die von ihrer Steuerschaltung 60 wiederum durch eine Strichlinierung getrennt gezeigt ist. In dem für den Betrachter linken Teil der Darstellung erkennt man dabei zunächst den Akkumulator 51, der aus Zellen 54 aufgebaut ist, sodann weiter nach recht blickend zunächst ein Erfassungsmittel 70 für Temperatur, das durch einen Thermosensor 71, tem- peraturabhängigen Widerstand, gebildet sein kann und daneben eine Heizeinrichtung 75, die durch einen Heizwiderstand 76 gebildet ist. Seitens der Steuerschaltung 60 ist die Heizeinrichtung 75 mit einer Ansteuerung 67 verbunden, durch die sie ansteuerbar ist, welche wiederum durch einen ikrokontroller 65 kontrolliert werden kann. Dieser weist einen Eingang für das Signal einer Temperaturmessung aus, die durch den Widerstand 71 des Erfassungsmittels 70 durchgeführt wird, und dessen Wert über den Mikrokontroller 65 wiederum über die Ansteuerung 67 der Heizeinrichtung 75 auf diese wirkt.

Der Mikrokontroller 65 kontrolliert auch eine Überwachungseinrichtung 66 der Notenergieversorgungseinrichtung 50, mittels dessen der Akkumulator 51 der Notenergieversorgungseinrichtung 50, überwacht wird, insbesondere wird dabei der Ladezustand des Akkumulators 51 überwacht. Zwischen die Überwachungseinrichtung 66 und den Akkumulator 51 der Notenergieversorgungseinrichtung 50 ist dabei ein Reed-Schalter 55 in die Zuleitung 56 einge- bracht, mittels dessen die Zuleitung oder die Zuleitungen 56 des Akkumulators 51 elektrisch von seiner Umgebung getrennt werden kann Notenergieversorgungseinrichtung.

Die Notenergieversorgungseinrichtung 50 selbst wird nachfolgend in den Fig.3 bis 5 noch eingehender beschrieben. So erkennt man in diesen Figuren den Akkumulator 51 der Notenergieversorgungseinrichtung 50 mit zwei seiner Zellen 54, die in den Darstellungen der Fig.3 bis 5 übereinander angeordnet sind und sich in einer Aufnahme 57 des Gehäuses 58 entlang ihrer jeweiligen Längsachse zueinander benachbart entlang ihrer Längsachse erstrecken. Das Gehäuse 58 ist durch ein im Wesentlichen rechteckiges Behältnis mit einem Bodenteil 58a und einem Deckel 58b gebildet, wobei der Deckel 58b mit dem Bodenteil 58a über einen Schnappverschluss 58c verbindbar ist. In dem wannenförmigen Bo- denteil 58a sind die Zellen 54 des Akkumulators 51 eingelegt und dort aufgenommen. Dabei werden sie von einem Gießmaterial 59 eingehüllt, dessen Vergussrand 59a man im Bereich des Schnappverschlusses 58c erkennt. Die Innenwand des durch das Bodenteil 58a und den Deckel 58b gebildeten Gehäuses 58 ist mit einer Isolierung 581 ausgekleidet.

In der Fig.3 ist an der Notenergieversorgungseinrichtung 50 innerhalb des Gehäuses 58 in dessen Bodenbereich ein berührungslos betätigbarer Schalter in Form des magnetisch betätigbaren Reed-Schalters 55 angeordnet, der die nicht weiter dargestell ^¬ ten Zuleitungen 56 elektrisch von der Notenergieversorgungseinrichtung 50 trennt. Zusätzlich zu dem Reed-Schalter 55 ist in der Fig.4 an dem Boden des Gehäuses 58 ein Thermosensor 71 eines Erfassungsmittels 70 zu erkennen, der die Temperatur im Innern des Gehäuses 58, also in unmittelbarer Umgebung des Akkumulators 51 der Notener- gieversorgungseinrichtung 50 erfasst und, wie in Fig.2 gezeigt, weitergibt .

Außer dem Reed-Schalter 55, der wiederum im Innern des Gehäuses 58 angeordnet ist, ist in der Fig.5 ein Thermosensor 71' ge- zeigt, der sich außerhalb des Gehäuses 58 befindet und so dessen Umgebungstemperatur erfasst.

Auf eine Darstellung der Zuleitungen 56 wurde in den Fig.3 bis 5 insgesamt der Übersichtlichkeit wegen verzichtet.

Die vorstehend beschriebene Erfindung betrifft demnach ersichtlich einen Stellantrieb 10 mit einem Elektromotor 20, der zur Betätigung eines Stellelements 30 ausgebildet ist, und mit einer Notenergieversorgungseinrichtung 50, die zur Versorgung ei- ner für eine Notfahrt benötigten Komponente des Stellantriebs 10 bei einem Netzausfall eingerichtet ist. Um einen Stellantrieb 10 mit einer Notenergieversorgungseinrichtung 50 zur Verfügung zu haben, bei welchen insbesondere eine die Lebensdauer der Notenergieversorgungseinrichtung 50 fördernde, gleichmäßige Entladung gewährleistet ist, ist die Notenergieversorgungseinrichtung 50 wenigstens mit zumindest einem Nickel-Metallhydrid- (NiMH- ) Akkumulator 51 ausgebildet. Bezugs zeichen

10 Stellantrieb

11 Netzteil

110 Spannungstransformator

12 Versorgungseingang

13 Steuereinheit

20 Elektromotor

30 Stellelement

40 Getriebe

50 Notenergieversorgungseinrichtung

51 Akkumulator

52 Generator

53 Gleichrichter

54 Zelle

55 Reed-Schalter

56 Zuleitung

57 Aufnahme Gehäuse

58 Gehäuse

58a Bodenteil Gehäuse

58b Deckel Gehäuse

58c Schnappverschluss

581 Isolierung

59 Gießmaterial

59a Vergußrand

60 Steuerschaltung

65 Mikrokontroller

66 Überwachungseinrichtung

67 Ansteuerung

70 Erfassungsmittel

71, 71' Thermosensor als temperaturabhängiger Widerstand

75 Heizeinrichtung

76 Heizwiderstand

/ Ansprüche